Контроль вкладышей подшипника

Контроль вкладышей подшипника

Введение
Вкладыши подшипников скольжения являются критически важными компонентами в широком спектре промышленного оборудования, двигателей внутреннего сгорания, турбин и других механизмов. Их основная функция – обеспечивать надежное подвижное соединение вала с корпусом, воспринимая значительные нагрузки при минимальном трении и износе. Гарантировать бесперебойную и долговечную работу узла трения возможно только при строгом контроле качества вкладышей на всех этапах производства и перед установкой. Данная статья охватывает ключевые аспекты контроля качества вкладышей подшипников.

1. Объекты испытаний

Объектом испытаний и контроля являются вкладыши подшипников скольжения различных типов:

• По конструкции:
  • Цельные (втулки).
  • Разъемные (коренные и шатунные вкладыши двигателей, обычно состоящие из двух половинок).
• По материалу:
  • Трехслойные: Стальная основа (стальной тыл - back), промежуточный подслой (часто медно-свинцовый или алюминиевый сплав), антифрикционный рабочий слой (баббит, полимерные покрытия, сплавы на основе алюминия или свинца).
  • Двухслойные: Стальная основа + антифрикционный сплав (чаще алюминиевые сплавы).
  • Цельные спеченные (пористые, пропитываемые маслом).
  • Цельные полимерные.
• По размерам и назначению: От миниатюрных вкладышей для малогабаритных устройств до крупногабаритных для тяжелой промышленности.

Контролю подвергаются как готовые вкладыши перед поставкой или установкой, так и полуфабрикаты (например, биметаллическая лента) на этапах производства.

2. Область испытаний

Контроль качества вкладышей подшипников охватывает следующие основные группы параметров:

• Геометрические параметры и форма:
  • Толщина стенки (общая и по слоям, особенно критична толщина антифрикционного слоя).
  • Внутренний и наружный диаметры.
  • Радиус кривизны (для разъемных вкладышей).
  • Высота вкладыша (осевая длина).
  • Радиальный натяг (разница между наружным диаметром вкладыша в свободном состоянии и диаметром отверстия постели – "разжим").
  • Стрела прогиба (величина выступания стыковых кромок разъемного вкладыша над плоскостью разъема после установки с заданным натягом).
  • Соосность и цилиндричность рабочей поверхности.
  • Торцевое биение.
• Параметры поверхности:
  • Шероховатость рабочей поверхности.
  • Наличие и характер дефектов поверхности: царапины, задиры, раковины, отслоения, посторонние включения, коррозия.
  • Качество покрытия (для вкладышей с нанесенным антифрикционным слоем).
• Механические и структурные свойства:
  • Твердость антифрикционного слоя и основы.
  • Прочность сцепления (адгезия) антифрикционного слоя со стальной основой и между слоями (для трехслойных).
  • Микроструктура металлических слоев (равномерность, отсутствие пор, трещин, непроплавов).
  • Толщина и равномерность диффузионных зон между слоями.
  • Усталостная прочность (в специализированных испытаниях).
• Химические свойства:
  • Химический состав антифрикционного слоя и других слоев (соответствие марке материала).
• Функциональные свойства (опционально, часто на этапе разработки):
  • Испытания на трение и износ (триботехнические характеристики).
  • Коррозионная стойкость.

3. Методы испытаний

Для контроля перечисленных параметров применяются следующие методы:

• Измерение геометрических параметров:
  • Микрометрия: Точное измерение толщин стенки, диаметров, высоты микрометрами (гладкими, листовыми, скобами).
  • Оптическое измерение: Использование оптиметров, проекторов или координатно-измерительных машин (КИМ) для измерения радиусов, стрелы прогиба, контроля формы.
  • Пневматические датчики / пневмопробки: Высокоточное измерение диаметров и отклонений от круглости.
  • Специальные калибры и шаблоны: Контроль радиуса, стрелы прогиба.
  • Индикаторные устройства: Измерение торцевого биения, соосности.
• Контроль поверхности:
  • Визуальный осмотр: Выявление грубых дефектов невооруженным глазом или с помощью лупы. Обязательный первый этап.
  • Профилометрия / Профилография: Измерение шероховатости (параметры Ra, Rz, Rmax и др.) с помощью контактных или бесконтактных (оптических, лазерных) профилографов-профилометров.
  • Ультразвуковой контроль (УЗК): Обнаружение расслоений, непроваров, крупных пор внутри слоев или на границах раздела.
  • Вихретоковый контроль: Обнаружение поверхностных и подповерхностных дефектов (трещин, расслоений), контроль толщины покрытий и твердости у поверхности.
• Оценка механических и структурных свойств:
  • Измерение твердости: Методы Бринелля (HB), Роквелла (HRB, HRC - для основы), Виккерса (HV - для мягких слоев и покрытий) на специализированных твердомерах.
  • Испытания на адгезию (упрощенные методы):
    • Испытание на изгиб: Контроль отслоений при изгибе образца на определенный угол или радиус.
    • Испытание на перегиб вокруг оправки: Более жесткий контроль отслоений.
    • Испытание на отрыв (тест Пели): Количественное измерение силы отрыва покрытия (требует специального оборудования и подготовки образцов).
  • Металлографический анализ: Исследование микроструктуры слоев, качества границ раздела, толщины диффузионных зон, наличия дефектов под микроскопом на специально подготовленных шлифах. Включает травление и микрофотографирование.
• Химический анализ:
  • Спектральный анализ: Оптико-эмиссионный (OES) или рентгенофлуоресцентный (XRF) анализ для определения химического состава сплавов.

4. Испытательное оборудование

Для реализации описанных методов испытаний используется специализированное оборудование:

• Измерительное:
  • Микрометры различных типов (гладкие, листовые, скобы).
  • Оптиметры и длинномеры.
  • Проекторы (профильные или вертикальные).
  • Координатно-измерительные машины (КИМ).
  • Пневмопробки с пневматическими измерительными головками и блоком обработки сигнала.
  • Стенды для измерения стрелы прогиба и радиального натяга.
  • Индикаторы часового типа и индикаторные стойки.
• Контроля поверхности:
  • Профилографы-профилометры (контактные игольчатые или бесконтактные оптические/лазерные).
  • Установки ультразвукового контроля с преобразователями частот, настроенными на работу с тонкими слоями.
  • Вихретоковые дефектоскопы с различными типами датчиков (накладными, проходными).
  • Оптические микроскопы (стереоскопические, металлографические).
• Механических испытаний:
  • Твердомеры (Бринелля, Роквелла, Виккерса).
  • Устройства для испытаний на перегиб или изгиб (ручные или механизированные с контролем усилия/угла).
  • Универсальные испытательные машины (для тестов на отрыв покрытия).
  • Оборудование для пробоподготовки металлографических шлифов (режущие, шлифовальные, полировальные станки).
  • Металлографические микроскопы с фотоприставкой или цифровой камерой.
• Химического анализа:
  • Спектрометры (OES, XRF).

Заключение

Эффективный контроль качества вкладышей подшипников – комплексная задача, требующая применения разнообразных методов и высокоточного оборудования. Систематический контроль геометрических параметров, состояния поверхности, механических и структурных характеристик слоев, а также их сцепления является неотъемлемой частью обеспечения надежности и долговечности узлов трения. Строгое соблюдение процедур контроля на всех этапах жизненного цикла вкладыша минимизирует риски преждевременного выхода оборудования из строя из-за отказа подшипника скольжения.